长链非编码RNA H19在肿瘤中的研究进展Δ

胡雪停，徐祥

陆军军医大学大坪医院干细胞与再生医学科，创伤、烧伤与复合伤国家重点实验室，重庆 400042

长链非编码 RNA（long noncoding RNA，lncRNA）是非编码RNA中一类长度超过200个核苷酸序列的RNA分子。这种RNA虽然不编码蛋白质，但能以RNA的形式通过多种方式调控基因的表达，参与各项生理过程的调控[1]。甚至有些lncRNA分子还可通过编码短肽来发挥作用[2]。lncRNA是目前肿瘤学研究中的热点。有研究发现lncRNA几乎参与了肿瘤全部生理过程的调控[3]，迄今已发现许多对于肿瘤防治有指导意义的lncRNA分子[4]。H19是人类最早发现的lncRNA分子，位于人类染色体11p15.5，全长2.3 kb，包括5个外显子及4个内含子，可通过剪切生成微小RNA（microRNA，m iRNA）-675[5]。H19基因是印记基因，具有父系印记特征，可选择性地表达母源性等位基因。研究显示，H19在多种肿瘤中呈高表达，且与肿瘤转移及预后密切相关[6-7]。但是，H19在不同肿瘤中的作用不同，作用机制也有差异，其本身也受多重因素的调控。本文就H19在肿瘤发生发展中的作用、分子机制及其自身的表达调控情况作一综述。

1 H19在肿瘤发生发展中的作用

1.1 H19与肿瘤细胞增殖

细胞无限增殖是肿瘤的基本特征之一，H19对于肿瘤细胞的增殖具有调控作用。Luo等[8]研究发现，H19通过上调DNA结合/分化抑制因子2（inhibitor of DNA binding/differentiation 2，ID2）的表达来促进膀胱癌细胞增殖。而Wu等[9]研究发现，H19在喉鳞状细胞癌（laryngeal squamous cell carcinoma，LSCC）中呈高表达，敲除H19则可以抑制LSCC细胞的增殖、迁移及侵袭，该研究还发现H19通过调控miRNA-148a-3p来上调DNA甲基转移酶1（DNA methyltransferase 1，DNMT1）的表达，从而促进LSCC的进展。此外，Zhou等[10]发现H19可通过产物miRNA-675-5p靶向RALBP1相关Eps结构域 2（RALBP1 associated Eps domain containing 2，REPS2）来促进食管鳞状细胞癌的发展及转移。Liu等[11]则发现miRNA-675可通过靶向runt相关转录 因 子 1（runt-related transcription factor 1，RUNX1），继而活化下游蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称AKT）/雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，MTOR）信号通路来促进胃癌细胞的增殖和迁移。H19的产物miRNA-675还可通过许多其他的靶点来促进肿瘤的发展，包括钙营养蛋白1（calneuron 1，CALN1）[12]、视网膜母细胞瘤相关蛋白（retinoblastoma-associated protein，RB）[13]、泛素连接酶E3家族的c-Cbl和Cbl-b[14]、周期蛋白依赖性激酶 6（cyclin-dependent kinase 6，CDK6）[15]和细胞周期蛋白D结合myb样转录因子1（cyclin D binding myb like transcription factor 1，DMTF1）[16]等。另外，H19还被发现可通过与真核生物翻译起始因子 4A3（eukaryotic translation initiation factor 4A3，EIF4A3）蛋白结合来促进结直肠癌细胞的增殖[17]。这些研究表明H19对于肿瘤的增殖具有重要的正向调控作用，它可通过自身结构调控增殖相关基因的表达。

1.2 H19与肿瘤细胞转移

转移也是恶性肿瘤的重要特征，肿瘤发展至中晚期往往会发生转移。原发部位的肿瘤通常可通过手术切除，而已经转移的肿瘤处理起来十分棘手。肿瘤的转移受多重因素的调控，研究发现，H19也参与其中，而且H19对于肿瘤转移的调控具有“两面性”[18]。有研究发现，H19可以通过生成miRNA-675，靶向钙黏着蛋白13（cadherin 13）来促进胶质瘤细胞的转移[19]；另外，H19在结直肠癌中可以通过吸附miRNA-138和miRNA-200a，进而上调波形蛋白（vimentin）、锌指E-盒结合同源异形盒（zinc finger E-box binding homeobox，ZEB）1和ZEB2基因的表达来促进上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）的发生[20]。此外，H19还可通过与zeste基因增强子同源物2（enhancer of zeste homolog 2，EZH2）结合，激活 Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）信号通路来抑制上皮型钙黏着蛋白的表达，从而促进膀胱癌转移[21]。但是另一方面，也有研究发现H19可以抑制肿瘤转移。例如，Zhang等[22]发现在肝细胞癌中miRNA-200家族成员的表达也可以被H19活化，其机制是H19与蛋白复合体核异质核糖核蛋白U（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein U，hnRNPU）/赖氨酸乙酰转移酶2B（lysine acetyltransferase 2B，KAT2B，也称PCAF）/RNA聚合酶Ⅱ（RNA polymeraseⅡ ，RNAPolⅡ）结合，募集至miRNA-200家族基因的启动子区域，促进miRNA-200家族成员的表达，进而抑制EMT及肿瘤转移。Zhu等[23]研究发现H19可抑制前列腺癌转移，转化生长因子-β诱导基因（transforming grow th factor-β induced gene，TGFBI）是miRNA-675的下游靶基因，H19通过生成miRNA-675抑制TGFBI的表达来抑制前列腺癌的转移。由此可见，H19在肿瘤转移中扮演着“双面”角色，其发挥的作用与其调控的下游基因有关。

1.3 H19与肿瘤耐药

化疗是肿瘤治疗的重要手段，化疗药物可延长肿瘤患者的生存期。然而，每种化疗药物均会在使用一段时间后出现不同程度的耐药。H19也参与了肿瘤对化疗药物的抵抗。Tsang和Kwok[24]研究发现，在对化疗药物多柔比星耐药的肝癌细胞中，多药耐药基因1（multidrug resistance 1，MDR1）及其产物P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）高表达，与此同时也发现H19在耐药细胞中高表达；而当敲低H19时，MDR1基因及其产物P-gp的表达水平降低，细胞对多柔比星的敏感性增加；经进一步研究发现，H19是通过调控MDR1基因启动子区域的甲基化来调控MDR1的表达及肝癌细胞对多柔比星的敏感性。此外，Wu等[25]研究发现，H19在对化疗药物甲氨蝶呤耐药的结直肠癌HT-29细胞中呈高表达，功能实验证明H19介导了HT-29细胞对甲氨蝶呤的耐药，其机制是H19可以活化Wnt/β-catenin信号通路。另外，H19被发现可以通过调控谷胱甘肽代谢来介导高级别浆液性卵巢癌对顺铂的耐药[26]。Si等[27]研究发现，在雌激素受体α（estrogen receptor α，ERα）阳性的乳腺癌中，H19通过表观遗传调控沉默促凋亡基因BIK的表达，从而介导肿瘤对紫杉醇的耐药。Han等[28]发现H19在三阴性乳腺癌中也具有相同的作用，其机制是H19通过影响AKT信号通路的活化进而介导肿瘤对紫杉醇的耐药。以上诸多研究表明H19的高表达会促进肿瘤对化疗药物的抵抗作用，它既可以影响耐药相关基因的表达，也可以影响相关信号通路的活化。

1.4 H19与肿瘤细胞干性维持

有学者认为，肿瘤起源于肿瘤干细胞，正是由于肿瘤干细胞的存在才能维持着肿瘤细胞的无限增殖与自我更新，甚至是对化疗药物的抵抗[29]。H19对于肿瘤细胞干性的维持也具有一定的作用。Jiang等[30]研究发现，H19在胶质瘤细胞中呈高表达，尤其在CD133+的具有干细胞特征的细胞亚群中表达水平更高；进一步的功能实验证明，过表达H19可以促进胶质瘤细胞克隆形成，有利于肿瘤细胞干性的维持。Peng等[31]也发现，在乳腺癌肿瘤干细胞中H19的表达水平显著升高，进一步的功能实验表明H19促进了乳腺癌细胞干性的维持，其机制在于H19能够吸附let-7，导致核心多能因子LIN28的表达水平升高。

1.5 H19与肿瘤代谢调控

肿瘤细胞常出现代谢异常，肿瘤也被认为是一种代谢异常疾病。与正常细胞相比，肿瘤细胞即使在有氧条件下依然以不彻底氧化的“糖酵解”方式为自身提供能量，细胞进入一种“需氧糖酵解”的状态，称为“温伯格效应”。H19也被发现参与了肿瘤代谢的调控。Zheng等[32]在研究过程中发现人参皂苷20（S）-Rg3可以有效抑制卵巢癌细胞的“温伯格效应”。经进一步研究，发现H19是人参皂苷20（S）-Rg3的下游靶基因，而H19可以通过吸附miRNA-324-5p上调丙酮酸激酶M 2（pyruvate kinase M 2，PKM 2）的表达来促进“温伯格效应”，其研究结果表明H19可以正向促进卵巢癌的“温伯格效应”。Luan等[33]则发现，在黑色素瘤中H19可以促进肿瘤细胞的糖代谢及生长，其机制在于H19可以吸附miRNA-106a进而调控E2F转录因子3（E2F transcription factor3，E2F3）的表达。

1.6 H19与肿瘤血管生成

肿瘤的代谢异常旺盛，而营养需要血管运输供给。在肿瘤内部有许多血管生成，抑制血管生成可以抑制肿瘤生长。目前，许多已上市的肿瘤靶向药物如贝伐珠单抗和阿帕替尼等均以此为靶点。有研究发现，H19参与了肿瘤内部血管生成的调 控[34-35]。Conigliaro 等[34]研究发现，H19可以被CD90+的肝细胞通过外泌体的方式释放，释放的H19可以促进人脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cell，HUVEC）上调血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial grow th factor，VEGF）、血管内皮细胞生长因子受体（vascular endothelial grow th factor receptor，VEGFR）和细胞间黏附分子（intercellular adhesionmolecule，ICAM）等血管生成相关基因的表达。Jia等[35]则发现H19可促进胶质瘤内血管生成，其机制是H19可与miRNA-29a结合，进而上调miRNA-29a下游靶基因血管抑制蛋白2（vasohibin 2，VASH2）的表达水平，而 VASH2具有促进血管生成的作用。上述学者的研究表明H19具有促进肿瘤内新血管生成的作用。

1.7 H19与肿瘤自噬调控

“自噬”是细胞的基本生理活动之一。在肿瘤中“自噬”扮演着双重作用，H19同样参与了这一生命过程的调控。在结直肠癌中，Wang等[36]研究发现H19通过激活自噬信号通路诱导了肿瘤细胞对化疗药物5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）的耐药，而H19调控自噬是通过吸附miRNA-194-5p，解除其对沉默信息调节因子1（sirtuin 1，SIRT1）的抑制作用来实现的，其研究结果表明H19对肿瘤自噬具有激活作用，而活化的自噬有助于肿瘤在药物作用下存活。

2 H19在肿瘤中的主要作用机制

H19在肿瘤生长、增殖、转移和耐药等过程中具有重要作用，几乎参与调控了肿瘤发生发展的所有环节。结合上述内容，H19的作用机制主要有以下5个方面：①作为miRNA-675的前体RNA，通过剪切生成miRNA-675来发挥作用。前面已经提到，miRNA-675在肿瘤中的作用靶点包括REPS2、RB、RUNX1、CALN1、泛素连接酶 E3家族的 c-Cbl和Cbl-b、CDK6、DMTF1、cadherin 13和TGFBI，H19可以通过生成miRNA-675抑制这些蛋白的表达从而影响肿瘤的发生发展。②与m iRNA结合，发挥“分子海绵”作用，解除m iRNA对下游靶基因的抑制作用。与H19相结合的m iRNA包括miRNA-200家族成员、let-7家族成员、miRNA-148a-3p、miRNA-324-5p、miRNA-106a、miRNA-29a、miRNA-194-5p、miRNA-326[37]、miRNA-194[38]和 miRNA-93-5p[39]等。③与功能蛋白质（如EIF4A3和EZH2）结合，调控下游基因的表达。④通过表观遗传途径，与下游基因启动子结合，影响启动子的转录活性。H19通过表观遗传途径调控的下游靶基因有miRNA-200、MDR1和促凋亡基因BIK。⑤通过调控相关信号通路影响肿瘤的发生发展，主要包括Wnt/β-catenin信号通路、血管生成信号通路和自噬信号通路。

3 H19的表达调控

H19在肿瘤发生发展中具有重要的调控作用，其自身也受到许多分子的调控。抑癌基因p53的产物肿瘤蛋白p53（tumor protein p53，TP53）是第一个被发现的H19抑制因子[40]。随着研究的深入，越来越多的H19调控因子被发现。Berteaux等[41]发现H19可促进乳腺癌细胞的增殖，而细胞周期相关转录因子E2F1可以结合到H19的启动子区域并对其进行正向调控。Zhang等[42]研究发现癌基因c-myc可以诱导H19的表达上调。Chen等[43]研究发现矿物粉尘诱导基因（m ineral dust-induced gene，mdig）可通过调节H19启动子区域组蛋白H3K9的甲基化来抑制H19的表达。Zhou等[44]研究发现，miRNA-141可与H19序列互补结合，抑制H19在胃癌细胞中的表达。Li等[45]研究发现癌基因YAP1可通过上调H19的表达来促进膀胱癌细胞的增殖与迁移。Medrzycki等[46]研究发现组蛋白H1.3可以通过上调H19启动子区域DNA甲基化来抑制卵巢癌中H19的表达。上述研究表明，H19作为肿瘤发生发展过程中的重要调控因子，受到诸多蛋白因子的调控。

4 小结与展望

H19在肿瘤中具有重要作用，作为最早发现的lncRNA分子，其研究也较为广泛。然而，生命过程是复杂多变的，仍存在很多问题需要进一步探究。例如，作为当今肿瘤研究热点的肿瘤免疫逃逸，H19是否参与其中？作为一段较长的RNA分子，H19是否还可以结合其他的m iRNA分子？它是否还有其他的调控肿瘤的机制？此外，H19调控如此多的下游基因及信号通路，它们之间的交互作用是怎么样的？另外，为什么H19在肿瘤中扮演着癌基因与抑癌基因的双重角色：为什么有时H19可促进肿瘤转移，而有时又发现H19可抑制肿瘤转移？H19自身是否还存在其他的调控因素？关于这些问题，相信在将来随着研究的深入会逐一解答，并为肿瘤的诊断和治疗提供新的思路和途径。